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陶瓷基板工藝升,成為我國(guó)行業(yè)突破的關(guān)鍵!

陶瓷基板工藝

在目前的陶瓷基板行業(yè),日本占據(jù)全球絕大市場(chǎng)份額。在關(guān)鍵材料方面,氮化鋁、氮化硅粉體仍依賴(lài)進(jìn)口,大部分市場(chǎng)份額被日本企業(yè)占據(jù)。此外,用于金屬化工藝的銅箔,國(guó)內(nèi)尚無(wú)企業(yè)能夠生產(chǎn)替代,完全依賴(lài)進(jìn)口。金屬化陶瓷基板


陶瓷粉體、陶瓷裸片和陶瓷基板三個(gè)環(huán)節(jié)均有較高的工藝壁壘,從工藝難度上:粉體制備>陶瓷裸片制備>陶瓷基板制備。

國(guó)內(nèi)陶瓷基板行業(yè)起步較晚,目前多數(shù)企業(yè)僅具備粉體、裸片、基板中某一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力,導(dǎo)致整體產(chǎn)業(yè)鏈較為零散。目前國(guó)內(nèi)雖有上市公司涉及陶瓷基板業(yè)務(wù),但基板業(yè)務(wù)營(yíng)收占比較小,發(fā)展還處于較為初級(jí)階段。
整體來(lái)看,陶瓷基板行業(yè)壁壘主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是工藝壁壘,二是下游客戶(hù)認(rèn)證壁壘,企業(yè)若想獲得高質(zhì)量的發(fā)展,突破兩大壁壘勢(shì)在必行。

 一、工藝壁壘

1、粉體制備
由于陶瓷材料多為共價(jià)晶體,有些不易產(chǎn)生變形且經(jīng)常發(fā)生脆性斷裂,需要先制備出適合用于金屬化的晶體相。目前常用的陶瓷基板粉體包括氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化鈹?shù)?。其中BeO粉體因具有毒性逐步退出歷史舞臺(tái)。在粉體制備層面,產(chǎn)業(yè)化主要面臨以下難點(diǎn):
(1)原料中的氧會(huì)嚴(yán)重影響晶體質(zhì)量和性質(zhì),成為降低材料熱導(dǎo)率的主要因素。為此,需要選用低氧含量的高品質(zhì)氧化鋁粉體原料,同時(shí)合理選擇燒結(jié)助劑,促進(jìn)氧原子向坯體外遷移,盡可能降低燒結(jié)基板中的氧含量。
(2)目前市售AlN粉體的純度普遍不高,主要是容易存在硅、鈣、鐵、鈉、鉀等五種雜質(zhì)。雜質(zhì)的存在影響粉體顏色及電學(xué)性能。
(3)粒徑影響粉體的燒結(jié)活性和燒結(jié)質(zhì)量。故而要求粉體顆粒具有高的球形度,粒徑分布呈單峰正態(tài)分布且盡可能窄。粉體顆粒度越均勻,燒結(jié)均勻性也越高。
2、陶瓷裸片
各粉體制備基片的工藝大體一致,在從粉體到基片的過(guò)程中難度最大的是在燒結(jié)這一道工藝,主要技術(shù)壁壘體現(xiàn)在:
(1)燒結(jié)助劑的選擇與用量。相同工藝下,添加不同種類(lèi)、不同用量的燒結(jié)助劑對(duì)粉體熱導(dǎo)率均有不同影響。因此燒結(jié)助劑的選擇不僅是需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)合適的方案,還需要結(jié)合后續(xù)的工藝來(lái)全局考慮。
(2)反應(yīng)條件。以制備氮化硅粉體為例,需要通過(guò)一定的氣流氣壓將其中的氧氣保持在較低水平、氮?dú)獗3衷谳^高水平,同時(shí)還需將CO氣體排除,故對(duì)設(shè)備的氣場(chǎng)控制成為燒結(jié)產(chǎn)物是否達(dá)標(biāo)的決定因素。
目前,制備陶瓷裸片產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用最為成熟的是流延成型法。該工藝限制因素較多,有機(jī)添加劑的含量往往是由經(jīng)驗(yàn)確定,而不是由發(fā)生在顆粒表面的物理化學(xué)過(guò)程和它們之間的相互作用計(jì)算得到。陶瓷薄片對(duì)環(huán)境變量非常敏感,過(guò)程中變量的改變往往影響產(chǎn)品性能。此外,陶瓷薄片的厚度不易控制,應(yīng)仔細(xì)分析影響陶瓷薄片厚度的因素,可以采取有限元模擬等手段,制備出厚度均勻、質(zhì)量?jī)?yōu)異的薄片。
3、金屬化
金屬化機(jī)理涉及到化學(xué)和物理反應(yīng)、物質(zhì)的塑性流動(dòng)、顆粒重排等。各種物質(zhì)在不同燒結(jié)階段中其原子或分子發(fā)生擴(kuò)散遷移,重新排列后實(shí)現(xiàn)金屬化層的致密化。
目前主流的金屬化工藝包含DPC、DBC、AMB、LTCC/HTCC。從不同的金屬化工藝來(lái)看,日本京瓷在主流陶瓷基板技術(shù)應(yīng)用上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),占據(jù)全球38.4%的市場(chǎng)份額。其它國(guó)外企業(yè)如德國(guó)賀利士、美國(guó)羅杰斯也在全球陶瓷基板領(lǐng)域占據(jù)重要位置。國(guó)內(nèi)企業(yè)方面,富樂(lè)華、同欣電子等均實(shí)現(xiàn)了在主流陶瓷基板技術(shù)上的全覆蓋。
陶瓷與金屬的封接工藝中最大的難點(diǎn)就在于:
(1)陶瓷與金屬熱膨脹系數(shù)相差太大,不匹配導(dǎo)致的熱應(yīng)力問(wèn)題;
(2)金屬與接觸面共鍵結(jié)晶化過(guò)程中帶來(lái)的氧含量問(wèn)題;
(3)陶瓷本身的特性,導(dǎo)致金屬與陶瓷連接難度較高,釬料的選擇和制備很重要。
陶瓷基板用于封裝工藝中,在器件封裝完成后如發(fā)生故障一般無(wú)法返修,只能對(duì)整個(gè)器件進(jìn)行更換,因此下游客戶(hù)對(duì)于陶瓷基板的選用和認(rèn)證謹(jǐn)慎而嚴(yán)苛。尤其體現(xiàn)在汽車(chē)及軍工領(lǐng)域,其對(duì)陶瓷基板的抗老化性能、耐極端環(huán)境能力和強(qiáng)度性能的測(cè)試需進(jìn)行數(shù)千小時(shí),周期長(zhǎng)達(dá)半年至1年。

深圳市金瑞欣特種電路技術(shù)有限公司

金瑞欣——專(zhuān)業(yè)的陶瓷電路板制造商

通過(guò)公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)的不懈努力,現(xiàn)已成功研發(fā)微小孔板、高精密板、難度板、微型化板、圍壩板等,具備DPC、DBC、HTCC、LTCC等多種陶瓷生產(chǎn)技術(shù),以便為更多需求的客戶(hù)服務(wù),開(kāi)拓列廣泛的市場(chǎng)。

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